Motores de Passo"Trabalho apresentado em disciplina de Conversão de Energia II,

como parte dos requisitos necessários para aprovação na mesma ";

 Alunos:

Creso Rosa de Souza Filho Prontuário: 106471-1Henrique Vitkauskas Doria Prontuário: 106231-X

Professor orientador: Alberto Akio Shiga

São Paulo, Novembro de 2012

O que são?• Os Motores de Passo são elementos

eletro-mecânicos que contém inversores que convertem pulsos elétricos em movimentos mecânicos que geram variações angulares discretas. O rotor ou eixo de um motor de passo é rotacionado em pequenos incrementos angulares, denominados “passos”, quando pulsos elétricos são aplicados em uma determinada seqüência nos terminais deste.

Aplicações Um motor de passo tem uma grande

aplicação em movimentos precisos que são necessários em alguns equipamentos. Eles podem ser usados em aplicações onde é necessário controlar vários aspectos tais como:

• - Ângulo de rotação • - Velocidade • - Posição • - Sincronismo As principais vantagens dos motores de

passo são: Controle de seus movimentos de forma precisa, controle da velocidade em rotações horárias e anti-horárias, torque preciso conforme a necessidade do equipamento utilizado, dentre outras.

Funcionamento

Unipolar, passo inteiro.

Duas bobinas de excitação

Meio Passo

Ângulos de Passo

Estrutura Interna

Ímã Permanente• O motor de ímã permanente é constituído de

um rotor que, como o próprio nome diz, é um ímã permanente de alta qualidade, e um estator, de aço silício laminado, em que estão instaladas as bobinas que vão receber os pulsos.

• O motor de ímã permanente possui as seguintes características:

• Todas as bobinas podem ser conectadas a um ponto comum.

• Movimentando manualmente o rotor, nota-se que ele tende a agarrar devido ao ímã permanente.

• O teste definitivo é abrir o motor, verificar a ausência de ranhuras e que ele é um ímã;

• O funcionamento do motor de ímã permanente é extremamente simples.

• A intenção primária é energizar as bobinas uma a uma de modo que elas atraiam o rotor, fazendo com que ele gire no mesmo sentido ou sequência de energização das bobinas

Bobina 1 Bobina 2

1 0 0 0

0 1 0 0

0 0 1 0

0 0 0 1

Relutância Variável

Os motores de relutância são constituídos de um rotor de aço silício laminado de alta qualidade e um estator em que ficam instaladas as bobinas que formam o campo magnético ao serem acionadas. O rotor desses motores não é um ímã permanente. A característica principal é que possuem sulcos ou ranhuras com a finalidade de dar uma relutância diferente a determinadas áreas da superfície do material. O fluxo magnético no estator dá preferência, como a corrente em eletricidade, à menor relutância. As ranhuras ou dentes no rotor aumentam a relutância nessa região, já que o ar é o pior condutor magnético. O campo magnético criado no estator força o rotor a posicionar-se mais adequadamente para a passagem do campo, alinhado ao rotor. Os pares de bobinas em sequência executam a mesma tarefa e temos a rotação do motor por passos.

Híbrido• O motor de passo híbrido é mais caro do

que o de ímã permanente, mas provém melhor desempenho com respeito à resolução de passo, torque e velocidade. Ângulos de passo típico de motores híbridos estão entre 3,6° a 0,9° (100 - 400 passos por volta). O motor híbrido combina as melhores características dos motores de ímã permanente e motor de relutância variável.

• O rotor é multi-dentado como no motor de relutância variável e contém um ímã permanente ao redor do seu eixo. O dente do rotor provém um melhor caminho que ajuda a guiar o fluxo magnético para locais preferidos no GAP de ar.

Controle de Motores de Passo

Circuitos Básicos de Acionamento de Motor de Passo

O sistema eletrônico completo para o acionamento de um motor de passo é mostrado no diagrama em blocos funcionais na figura a seguir:

Acionador Unipolar • Para um motor de passo unipolar, o

mais comum é ligar as derivações centrais de cada bobina e então aplicar o terra em cada extremidade destas, seguindo uma seqüência adequada, conforme o modo e acionamento adotado. Esta seqüência de pulsos é gerada por um outro circuito, o controlador. Este por sua vez, envia os pulsos gerados ao circuito acionador (driver) que é projetado apropriadamente para trabalhar com correntes mais altas. Na figura a seguir, temos um exemplo de circuito driver para motores unipolares.

Acionador Bipolar• A maior desvantagem do drive unipolar é

sua incapacidade de utilizar todas as bobinas do motor. Sempre haverá fluxo de corrente em somente metade de cada enrolamento. Se pudermos utilizar ambas as partes ao mesmo tempo, poderemos obter aumento de 40% em torque por volta para mesma dissipação de energia no motor. É o que acontece no caso do motor bipolar. Porém, como há a necessidade de inversão do sentido da corrente em cada bobina, o circuito driver acaba sendo mais complicado, necessitando de mais componentes, no caso, mais 4 transistores, sendo, portanto, mais custoso. A figura ao lado apresenta o circuito de uma driver bipolar.

Driver Chopper com Recirculação de Corrente

• O método de controle de corrente, usado na maioria dos motores de passo, é o Chopper com Recirculação de Corrente. O objetivo, semelhantemente ao driver R/L, é fazer com que a corrente em cada fase atinja seu valor nominal em menor tempo. No caso do driver chopper, a tensão de alimentação para cada fase é aumentada em cerca de 10 vezes ou mais em relação ao valor nominal (valor de tensão que estabelece a corrente nominal após o período transitório). Assim, é possível fazer a corrente em cada fase atingir seu valor nominal em menor tempo. Quando a corrente de fase alcança seu valor nominal, o circuito chopper que fornece a tensão de alimentação para o motor, interrompe a alimentação do circuito driver.

CI L297 e L298• O CI L297 é um controlador da

STMicroelectronics apropriado para o acionamento de motores de passo de ímã permanente, relutância variável bipolar de 2 fases ou unipolar de 4 fases. Trabalha com os modos de acionamento de passo completo normal e wave, e meio passo. Apropriado para trabalhar com driver L298.

SLA7052

• O circuito integrado SLA7052 da Allegro MicroSystems, incorpora tanto o controlador quanto o driver num mesmo encapsulamento. Na figura ao lado, exemplo de circuito com este circuito integrado.

Microcontroladores

National Instruments LabVIEW

• Utilizando o LabView é possível desenvolver um ambiente gráfico para o controle de um motor de passo. Nesse é ambiente gráfico é possível controlar diversas variáveis, como por exemplo: Velocidade, número de passos, sentido de rotação, ângulo de rotação, entre outras.